Wat is een kristal?

Een kristal bestaat uit materie die wordt gevormd uit een geordende ordening van atomen, moleculen of ionen. Het rooster dat zich vormt strekt zich uit in drie dimensies.

Omdat er herhaalde eenheden zijn, hebben kristallen herkenbare structuren. Grote kristallen vertonen vlakke gebieden (vlakken) en goed gedefinieerde hoeken.

Kristallen met voor de hand liggende platte gezichten worden ehedrale kristallen genoemd, terwijl die zonder gedefinieerde gezichten anhedrale kristallen worden genoemd. Kristallen die bestaan ​​uit geordende arrays van atomen die niet altijd periodiek zijn, worden quasicrystals genoemd.

Het woord "kristal" komt van het oude Griekse woord krustallos, wat zowel "bergkristal" als "ijs" betekent. De wetenschappelijke studie van kristallen wordt kristallografie genoemd.

Voorbeelden

Voorbeelden van alledaagse materialen die je tegenkomt als kristallen zijn keukenzout (natriumchloride of halietkristallen), suiker (sucrose) en sneeuwvlokken. Veel edelstenen zijn kristallen, waaronder kwarts en diamant.

Er zijn ook veel materialen die op kristallen lijken, maar eigenlijk polycrystals zijn. Polycrystals vormen zich wanneer microscopische kristallen samensmelten tot een vaste stof. Deze materialen bestaan ​​niet uit bestelde roosters.

Voorbeelden van polykristallen omvatten ijs, veel metaalmonsters en keramiek. Nog minder structuur wordt weergegeven door amorfe vaste stoffen, die een ongeordende interne structuur hebben. Een voorbeeld van een amorfe vaste stof is glas, dat op een kristal kan lijken als het in facetten is, maar het niet is.

Chemische banden

De soorten chemische bindingen gevormd tussen atomen of groepen atomen in kristallen hangen af ​​van hun grootte en elektronegativiteit. Er zijn vier categorieën kristallen, gegroepeerd op basis van hun binding:

1. Covalente kristallen: Atomen in covalente kristallen zijn verbonden door covalente bindingen. Zuivere niet-metalen vormen covalente kristallen (bijvoorbeeld diamant), evenals covalente verbindingen (bijvoorbeeld zinksulfide).
2. Moleculaire kristallen: Hele moleculen zijn op een georganiseerde manier aan elkaar gebonden. Een goed voorbeeld is een suikerkristal, dat sucrosemoleculen bevat.
3. Metalen kristallen: Metalen vormen vaak metaalachtige kristallen, waarbij sommige valentie-elektronen vrij door het rooster kunnen bewegen. IJzer kan bijvoorbeeld verschillende metallische kristallen vormen.
4. Ionische kristallen: Elektrostatische krachten vormen ionische bindingen. Een klassiek voorbeeld is een haliet of zout kristal.

Kristalroosters

Er zijn zeven systemen met kristalstructuren, die ook roosters of ruimteroosters worden genoemd:

1. Kubiek of isometrisch: Deze vorm omvat octaëder en dodecaëder evenals kubussen.
2. tetragonaal: Deze kristallen vormen prisma's en dubbele piramides. De structuur is als een kubiek kristal, behalve dat de ene as langer is dan de andere.
3. orthorhombische: Dit zijn rhombische prisma's en dipyramiden die lijken op tetragons maar zonder vierkante doorsneden.
4. Hexagonal: Zeszijdige prisma's met een zeshoekige doorsnede.
5. trigonaal: Deze kristallen hebben een drievoudige as.
6. triclinische: Triclinische kristallen zijn meestal niet symmetrisch.
7. Monoclinic: Deze kristallen lijken op scheve tetragonale vormen.

Roosters kunnen één roosterpunt per cel of meer dan één hebben, wat in totaal 14 Bravais-kristalroostertypen oplevert. Bravais-roosters, genoemd naar natuurkundige en kristallograaf Auguste Bravais, beschrijven de driedimensionale reeks gemaakt door een reeks discrete punten.

Een stof kan meer dan één kristalrooster vormen. Water kan bijvoorbeeld zeshoekig ijs (zoals sneeuwvlokken), kubiek ijs en rhombohedraal ijs vormen. Het kan ook amorf ijs vormen.

Koolstof kan diamant (kubiek rooster) en grafiet (hexagonaal rooster) vormen.

Hoe kristallen zich vormen

Het proces van het vormen van een kristal wordt kristallisatie genoemd. Kristallisatie treedt gewoonlijk op wanneer een vast kristal uit een vloeistof of oplossing groeit.

Terwijl een hete oplossing afkoelt of een verzadigde oplossing verdampt, komen deeltjes dicht genoeg in de buurt om chemische bindingen te vormen. Kristallen kunnen ook worden gevormd door afzetting direct vanuit de gasfase. Vloeibare kristallen bezitten deeltjes die op een georganiseerde manier zijn georiënteerd, zoals vaste kristallen, maar kunnen toch stromen.